Модели радиоэлектронной системы и оценки ЭМС

Привет, Вы узнаете о том , что такое модели радиоэлектронной системы, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое модели радиоэлектронной системы , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электромагнитная совместимость.

В реальной обстановке обычно совместно функционируют множество РЭС разнообразного назначения и принадлежности. Рассматривая это множество как сложную систему, анализ электромагнитной совместимости проводят с применением тех или иных моделей или их набора (системы моделей).

При создании абстрактных математических моделей необходимо выявить основные зависимости между входными и выходными величинами, что позволит определить основные свойства рассматриваемой системы или ее элементов.

2.2 Модель радиоканала

Анализируя большую радиосистему, – совокупность РЭС, в качестве элемента системы рассматривают радиоканал. Основным назначением радиоканала является обеспечение процесса передачи или извлечения полезной информации с заданным качеством и скоростью.

Рисунок 2.1 - Модель простейшей радиосистемы

При таком подходе система представляет собой набор радиоканалов (пара: излучатель T_i – приемник R_i ). Она включает множество связей, обеспечивающих проникновение помех, создаваемых источниками с номерами окружающими i -й канал, где N – общее число радиоканалов.

На рис. 2.1 показана модель упрощенной (образованной двумя радиоканалами) радиосистемы. На этом рисунке обозначено: a_i(t) – полезный сигнал носитель информации, h_i(t) – помеха, ^x_i (t) – смесь сигнала и помехи, y_i(t) – выходной сигнал. Если помеха аддитивная, то

Характеристики радиоканалов подобного вида детально анализируются во многих радиотехнических курсах.

2.3 Модели совокупности РЭС

Отвлекаясь от конкретных особенностей, модель радиосистемы с учетом связей, имеющихся между ее элементами (радиоканалами), можно представить состоящей из блоков.

Рисунок 2.2 - Модель системы – совокупности РЭС

Это так называемая абстрактная модель системы. Входными величинами рассматриваемой системы S являются: вектор входных сигналов и вектор внешних помех , а выходных – вектор . Внутреннее содержание системы определено двумя модельными блоками. Блок формирует из вектора (полезных) входящих сигналов вектор системной помехи

а обозначает развязанную систему (т.е. такую, где нет взаимных, внутрисистемных помех). Математическая запись функциональных зависимостей, соответствующих модели, изображенной на рис. 2.2 имеет вид:

Согласно этой модели, совместное существование в исходной системе совокупности полезных сигналов и внешних помех представляется, как воздействие на вход развязанной системы исходных сигналов и внешних помех, а также набора (вектора) системных помех

. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Модели развязанной системы и связующего блока показаны на рис. 2.3 и 2.4.

Рисунок 2.3 - Модель развязанной системы Рисунок 2.4 - Модель связующего блока

На этих рисунках обозначено: – сумматор,

R₁,R_n – приемники с номерами 1,...n,

–набор (вектор) операторов исходной системы,

– вектор операторов развязанной системы.

– векторы-функции сигналов и внешних помех, соответственно,

– связующий вектор-помеха.

Все нежелательные взаимодействия между сигналами и механизм их образования независимо от места их возникновения отнесены в связующие блоки K_i и K _j .

2.4 Особенности системы РЭС

Поясним абстрактную модель системы РЭС на примере простейшей ситуации (рис. 2.5). Здесь схематически показаны два радиоканала с номерами i и j . Нежелательная связь между радиоканалами, способствующая возможному появлению взаимной помехи осуществляется через тракт распространения и показана двунаправленной стрелкой. Входными величинами являются сигналы радиопередающих устройств a_i и a _j , а также внешние (по отношению к системе) помехи h_i и h_j . Такую ситуацию можно назвать двухсигнальной. Представим схематически эту ситуацию в виде модели системы, показанной на рис 2.5.

Рисунок 2.5 - Модель двухсигнальной ситуации

В данной модели все нежелательные взаимодействия между каналами, независимо от места их возникновения, отнесены в связующие блоки K_i и K _j . Каждый из этих блоков может реализовать как линейные, так и нелинейные эффекты и формирует на своем выходе системную помеху. Полезный сигнал, внешняя и системная помеха смешиваются в сумматоре  и поступают в радиоприемное устройство R_i либо R _j соответствующего канала.

Выходными являются сигналы y_i и y _j .

Эта модель позволяет выявить следующие характерные особенности системы РЭС:

• многоканальность системы, когда каждый канал решает свою локальную задачу;
• связи между каналами являются нежелательными и не зависят от воли разработчика РЭС;
• при заданной и неизменной структуре системы в качестве управляемой величины можно использовать параметры сигналов;
• внешняя помеха неуправляема и обуславливает неопределенность реакции системы на входные воздействия.

Рассмотренная модель дает возможность ввести понятие "идеально совместимой радиосистемы". Считается, что радиосистема обладает идеальной совместимостью, если выполняются соотношения

Эта запись означает, что в случае идеальной совместимости общая система оказывается развязанной, т.е. радиоканалы в системе функционируют независимо, в том смысле, что выходной сигнал каждого канала есть функция только от своего сигнала и помехи несистемного происхождения.

Простейший случай идеальной совместимости совокупности РЭС достигается при выполнении условия K(A)  u  0, что соответствует передаче полностью всей электромагнитной энергии полезного сигнала по тракту i -й передатчик j -й приемник. Примером может служить передача сигналов по пространственно разнесенным кабельным или волоконно-оптическим линиям связи.

2.5 Системные показатели совместимости

При исследовании работы РЭС в составе рассматриваемой системы необходимо использовать показатель качества функционирования системы (показатель ЭМС). Введение такого показателя позволяет производить необходимые сравнения и оценки. Показатель ЭМС одиночного средства называют локальным, а показатель ЭМС системы РЭС, в целом, называют глобальным.

Локальным показателем качества обычно служат рабочие характеристики радиоканала:

• пропускная способность;
• вероятность ошибки;
• разборчивость;
• вероятность правильного обнаружения;
• точность определения координат; - качество изображения и звука; - разборчивость речи и т.п.

В общем случае функционирование сложной системы определяется выражением

где λ –̶ показатель качества системы РЭС, он может быть вектором размерности n . Каждая проекция этого вектора есть локальный показатель качества.

Согласно рассмотренным моделям, показатель качества системы зависит от помех как системного, так и внесистемного происхождения. Если необходимо выделить и оценить эффекты, обусловленные исключительно взаимным влиянием радиоканалов, то нужно устранить из рассмотрения все родственные эффекты, порождаемые помехами несистемного происхождения.

В качестве показателя ЭМС системы РЭС можно, например, использовать количественную характеристику анализируемой системы, которая связана с качеством ее функционирования.

При одном подходе, глобальный показатель ЭМС может быть получен на основе локальных показателей качества радиоканалов, которые должны быть предварительно определены.

Другой подход предполагает введение глобального показателя совместимости исходя из задач, решаемых на вышестоящем уровне, где данная система РЭС рассматривается, как элемент более общей системы.

Глобальный показатель ЭМС должен давать оценку эффективности использования частотного ресурса и возможность проводить сравнение различных систем и группировок РЭС по этому признаку.

Так как при заданной структуре системы основными параметрами, влияющими на количество передаваемой информации, являются: полоса частот, время и энергия сигналов, то показатель ЭМС, основанный на этих трех параметрах, может быть, в частности, введен следующим образом

где V_pi , V_и – объемы, которыми не могут пользоваться другие потребители спектра из-за технических ограничений, правил и постановлений; F_pi ,F_и – полосы частот, включающие общую занятость спектра, T_pi ,T_и – время, требуемое для обслуживания, N – общее число РЭС в системе.

При этом индекс “и” соответствует идеальному случаю, а “р” – реальному.

Чем ближе λ к 1 тем эффективнее используется радиочастотный ресурс.

2.6 Построение практических моделей для анализа ЭМС

Проблема ЭМС заключает в себе две задачи: анализ и обеспечение ЭМС. Основой построения конкретных моделей для анализа служит абстрактная модель (см. рис. 2.2…2.4). Считается целесообразным проводить анализ ЭМС путем последовательной декомпозиции (разбиения) системы РЭС на n подмоделей, соответствующих элементарной ситуации. Структурная схема i -й подмодели системы изображена на рис. 2.6.

Рисунок 2.6 - Модель дифференциального вклада

Анализ совместимости можно осуществлять, как последовательный процесс, состоящий из нескольких этапов. На каждом этапе определяется локальный показатель качества _i . Если информация по каждому из мешающих каналов достаточна, то модель элементарной ситуации можно строить на основе двух каналов. При этом анализ можно проводить в n1 этапов, что соответствует числу источников помех.

Модели, построенные на этом принципе, обеспечивают дифференцированный анализ вклада источников помех. Их называют моделями дифференциального вклада.

При практическом анализе ЭМС используются именно такие модели, поскольку, кроме оценки совместимости, они позволяют исследовать механизм образования системной помехи, определять источники наиболее опасной помехи, определять канал проникновения помехи в приемник.

Математические модели дифференциального вклада применяют для анализа системгруппировок с достаточно большим числом РЭС. При этом уменьшение времени анализа обеспечивает принцип отбора, заключающийся в исключении на ранних этапах анализа источников помех, вклад которых в суммарную помеху незначителен.

Анализ ЭМС возможно проводить и на основе модели интегрального вклада, в которой не учитывается вклад отдельного источника помех. Подобная модель применима в случаях, когда система РЭС не определена полностью, т.е. отсутствует достаточная информация об окружающих РЭС. Либо, когда число излучателей настолько велико, что затрудняет применение модели дифференциального вклада.

Исходные данные в модели интегрального вклада задаются на основе статистических данных или гипотезы о предполагаемом распределении входных величин. Модель интегрального вклада не позволяет определить преобладающие источники помех и каналы их проникновения, следовательно, не могут быть определены и организационные мероприятия по обеспечению совместимости.

Исследование, описанное в статье про модели радиоэлектронной системы, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое модели радиоэлектронной системы и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электромагнитная совместимость